专题21交变电流-2024高考物理真题分类汇编（全国版 含解析）

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2024高考物理真题分项解析
专题21 交变电流
1. （2024高考重庆卷） 小明设计了台灯的两种调光方案，电路图分别如图甲，乙所示，图中额定电压为6V灯泡的电阻恒定，R为滑动变阻器，理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。原线圈两端接电压为220V的交流电，滑片P可调节灯泡L的亮度，P在R最左端时，甲、乙图中灯泡L均在额定功率下工作，则（ ）
A n1：n2 = 110：3
B. 当P滑到R中点时，图甲中L功率比图乙中的小
C. 当P滑到R最左端时，图甲所示电路比图乙更节能
D. 图甲中L两端电压的可调范围比图乙中的大
【答案】AC
【解析】
滑片P在最左端时，图甲、乙中变压器输出电压均为灯泡的额定电压6V，因此
故A正确；
当P滑到R中点时，图甲中总电阻为P左端电阻与灯泡电阻串联，图乙中总电阻为灯泡电阻与Р右端的电阻并联后再与P左端电阻串联，由于并联电阻小于灯泡电阻，则图甲中灯泡电压大于图乙中灯泡电压，则图甲中灯泡功率比图乙中灯泡功率大，故B错误；
当P滑到R最左端时，图甲中只有灯泡，图乙中R与灯泡并联，总电阻更小，输出功率更大，图甲比图乙更节能，故C正确；
图乙中的灯泡两端电压在0到6V间变化，图甲中灯泡两端电压最高为6V，最低达不到0，则图乙中灯泡两端可调电压范围大，故D错误。
2. （2024年6月浙江省物理选考） 理想变压器的原线圈通过a 或b与频率为f、电压为u的交流电源连接，副线圈接有三个支路、如图所示。当S接a时，三个灯泡均发光，若（　　）
A. 电容C增大，L1灯泡变亮
B. 频率f增大，L2灯泡变亮
C. RG上光照增强，L3灯泡变暗
D. S接到b时，三个泡均变暗
【答案】A
【解析】
A选项，电容增大，对交流电的阻碍作用减小，则L1灯泡变亮，故A正确；
B选项．频率f增大，则电感的阻碍作用增大，则L2灯泡变暗，故B错误；
C选项．光敏电阻光照增强，阻值减小，由于各支路电压不变，则L3灯泡电流增大，变亮，故C错误；
D选项．S接到b时，根据变压比可知，副线圈电压增大，则三个泡均变亮，故D错误。
3. （2024年高考海南卷）电动汽车充电站变压器输入电压为10kV，输出电压为220V，每个充电桩输入电流16A，设原副线圈匝数分别为、，输入正弦交流的频率为50Hz，则下列说法正确的是（　　）
A. 交流电的周期为0.02s
B. 原副线圈匝数比
C. 输出的最大电压为220V
D. 若10台充电桩同时使用，输入功率为35.2kW
【答案】AD
【解析】
交流电的周期为
故A正确；
根据理想变压器原副线圈的电压与线圈匝数的关系可得，原副线圈匝数比为
故B错误；
输出的最大电压为
故C错误；
若10台充电桩同时使用，输出功率为
变压器不改变功率，故输入功率为
故D正确。
4. （2024年高考广东卷）将阻值为的电阻接在正弦式交流电源上。电阻两端电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是（　　）
A. 该交流电的频率为
B. 通过电阻电流的峰值为
C. 电阻在1秒内消耗的电能为
D. 电阻两端电压表达式为
【参考答案】.D 交变电流
【名师解析】由电阻两端电压随时间的变化规律可知，该交变电流周期为T=0.02s，频率f=1/T=50Hz，A错误；由欧姆定律可得流过电阻电流最大值为Im=Um/R=10/50 A=0.2A，B错误；流过电阻电流有效值为I=Im/=0.2A，由焦耳定律，电阻1s内耗电能W=I2Rt=2J，C错误；由电阻两端电压随时间的变化规律可知，电阻两端电压为u=10sin(100πt)V，D正确。
5. （2024高考湖南卷）根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻。当用户端接一个定值电阻R时，上消耗的功率为P。不计其余电阻，下列说法正确的是（ ）
A. 风速增加，若转子角速度增加一倍，则上消耗的功率为4P
B. 输电线路距离增加，若阻值增加一倍，则消耗的功率为4P
C. 若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则上消耗的功率为8P
D. 若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则上消耗的功率为6P
【答案】A
【解析】如图为等效电路图，
设降压变压器的原副线圈匝数比为，则输电线上的电流为
转子在磁场中转动时产生的电动势为
当转子角速度增加一倍时，升压变压器原副线圈两端电压都增加一倍，输电线上的电流变为，故上消耗的电功率变为原来的4倍，故A正确；
升压变压器副线圈匝数增加一倍，副线圈两端电压增加一倍，输电线上的电流增加一倍，故上消耗的电功率变为原来的4倍，故C错误；
若阻值增加一倍，输电线路上的电流
消耗的功率
故B错误；
若在用户端并联一个完全相同的电阻R，用户端电阻减为原来的一半，输电线上的电流为
消耗的功率
故D错误。
6. （2024高考辽宁卷）如图，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1：n2 = 5：1，原线圈接在电压峰值为Um的正弦交变电源上，副线圈的回路中接有阻值为R的电热丝，电热丝密封在绝热容器内，容器内封闭有一定质量的理想气体。接通电路开始加热，加热前气体温度为T0。
（1）求变压器的输出功率P；
（2）已知该容器内的气体吸收的热量Q与其温度变化量ΔT成正比，即Q = CΔT，其中C已知。若电热丝产生的热量全部被气体吸收，要使容器内的气体压强达到加热前的2倍，求电热丝的通电时间t。
【答案】（1）；（2）
【解析】
（1）由原线圈正弦交流电的峰值可知变压器输入电压有效值为
设变压器副线圈的输出电压为U2，根据理想变压器的电压与匝数之间的关系有
联立解得
理想变压器的输出功率等于R的功率，即
（2）设加热前容器内气体的压强为p0，则加热后气体的压强为2p0，温度为T2，容器内的气体做等容变化，则有
由知气体吸收的热量
根据热力学第一定律
气体的体积不变，所以W = 0，容器是绝热容器，则
即
解得
7．（2024高考北京卷）如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上，输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示，副线圈接规格为“6V，3W”的灯泡．若灯泡正常发光，下列说法正确的是（ ）
A．原线圈两端电压的有效值为
B．副线圈中电流的有效值为0.5A
C．原、副线圈匝数之比为1∶4
D．原线圈的输入功率为12W
【参考答案】．B
【考查知识点】理想变压器
【名师解析】由题图知，原线圈电压最大值为，则有效值为，A错误；灯泡正常发光，由得，副线圈中电流有效值为，B正确；由理想变压器电压与匝数关系可知，C错误：理想变压器没有能量损失，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，则原线圈的输入功率，D错误．
知识归纳 理想变压器的制约关系：输出功率决定输入功率，输入电压决定输出电压，输出电流决定输入电流。
8. （2024年1月浙江选考）如图为某燃气灶点火装置的原理图。直流电经转换器输出的交流电，经原、副线圈匝数分别为和的变压器升压至峰值大于，就会在打火针和金属板间引发电火花，实现点火。下列正确的是（　　）
A.
B.
C. 用电压表测原线圈两端电压，示数为
D. 副线圈输出交流电压的频率是
【答案】B
【解析】
原线圈两端电压的有效值
根据电压匝数关系有
变压器副线圈电压的峰值
根据题意有
解得，
故A错误，B正确；
用电压表测原线圈两端电压，电压表测的是有效值，则示数为
故C错误；
根据
解得，变压器不改变频率，则副线圈输出交流电压的频率是，故D错误。
9. （2024高考河北卷）为两个完全相同的定值电阻，两端的电压随时间周期性变化的规律如图1所示（三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的倍），两端的电压随时间按正弦规律变化如图2所示，则两电阻在一个周期T内产生的热量之比为（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
根据有效值的定义可知图1的有效值的计算为
解得
图2的有效值为
接在阻值大小相等的电阻上，因此
故选B。
10.（2024高考山东卷） 如图甲所示，在-d≤x≤d，-d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场（用阴影表示磁场的区域），边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域可能为（　　）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
根据题意可知，磁场区域变化前线圈产生的感应电动势为
由题图丙可知，磁场区域变化后，当时，线圈的侧边开始切割磁感线，即当线圈旋转时开始切割磁感线，由几何关系可知磁场区域平行于x轴的边长变为
C正确。
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